기계硏, 세계 최초 '차세대 스마트온실 에너지 통합시스템' 개발

'가스엔진으로 온실 냉·난방을 하고 엔진에서 배출되는 탄산가스는 식물에 비료로 준다?'


한국기계연구원이 세계 최초로 가스히트펌프를 난방, 탄산시비, 냉방(혹은 발전) 등 3개 용도로 활용할 수 있는 'Tri-Gen(삼중발전) 시스템'의 스마트 온실 에너지 통합시스템을 개발했다.

이 연구원의 환경기계연구본부 청정연료발전연구실 이상민 실장 연구팀은 이처럼 삼중발전이 가능한 시설원예용 '가스히트펌프(GHP) 시스템'을 개발하고 국내 농가에서 실증하는데 성공했다고 5일 밝혔다.

시설원예 가스히트펌프 시스템./자료제공=한국기계연구원

지금까지 국내 시설원예 농가는 난방기, 냉방기, 탄산시비 장치, 제습기 등 온실이 필요로 하는 에너지 장치를 개별적으로 설치하고 농장주의 경험에 따라 독립적으로 제어하는 방식을 사용, 에너지 효율이 떨어지고 손실되는 에너지가 많았다.

하지만 연구팀이 개발한 이 가스히트펌프를 온실에 적용하면 온실의 냉난방은 물론 배기가스를 이용, 탄산가스를 공급할 수 있다.


즉, 온실이 필요로하는 에너지를 하나의 장치로 모두 생산할 수 있는데다 통합 제어로 에너지 손실을 줄여 에너지 효율을 높일 수 있다는 것.

실제 연구팀은 이 가스히트펌프를 시설원예 농가에 적용한 결과 기존 유류 난방 대비 겨울철 난방비를 40% 이상 크게 절감하는 효과를 얻었다.

또 여름철 고온으로 작물 재배가 어렵던 온실에서 온·습도 관리를 통해 작물의 수확 기간을 연장하는 데도 성공했다.

특히 가스히트펌프를 이용해 온실 온·습도와 이산화탄소 농도를 자동으로 제어하는 시스템을 운용하는 과정에서 탄산가스 시비 모델을 개발, 작물 생산량도 20% 이상 향상시킬 수 있었다.

지금까지 탄산가스 시비는 농장주의 경험에 의존해 이뤄졌지만 과학적 분석을 통해 최적의 조건과 방법을 찾아낸 것이라고 연구진은 설명했다.

이 연구원의 이상민 실장은 "탄산시비를 위해서는 엔진에서 발생하는 배기가스 중 작물에 해로운 질소산화물(NOx)3)과 일산화탄소(CO), 에틸렌(C2H4) 등을 제거해야 한다" 며 "연구팀은 독자적인 엔진 및 제어기술, 후처리 장치 개발을 통해 상용 가스히트펌프 대비 유해 배출물을 90% 이상 절감시켰고 1년 이상의 현장 시험을 통하여 안정성을 검증했다"고 말했다.

한편 이번 성과는 농촌진흥청의 'ICT융합 한국형 스마트팜 핵심기반 기술개발사업'의 지원을 받아 수행됐다.

현재 경기도 파주의 호접란 농가, 춘천의 토마토 농가에서 실증 사업이 진행되고 있고 내년부터 시작될 농진청 신기술시범사업 등을 통해 실제 농가에 보급될 예정이다.